摘要:為了提高小麥苗的抗旱能力,用自制的抗旱劑進行浸種后模擬干旱試驗。結果表明:制劑2浸種后進行干旱脅迫處理,小麥幼苗SOD活性比清水+脅迫處理提高40.9%~60.0%,提高的原因是能誘導出新的同工酶,活性維持時間為35天;抗旱劑處理后再進行干旱脅迫,小麥幼苗根系活力明顯增強,根長和根干重都有不同程度的增加,其中制劑2和制劑3處理,根長比清水浸種后脅迫處理提高1.0倍和69.8%,根干重提高1.5倍和85.7%,根數提高1.3倍和1.0倍。制劑2處理莖葉干重最大,比清水+脅迫處理增加70.4%,根冠比增加48.1%。綜上,本試驗條件下制劑2是緩解麥苗干旱脅迫效果較理想的制劑。 

  關鍵詞:小麥幼苗;抗旱制劑;浸種;SOD活性;干旱脅迫;形態指標 

  黃淮海平原屬半干旱、半濕潤地區,熱量資源可滿足喜涼、喜溫作物一年兩熟的要求,主要種植方式為冬小麥-夏玉米。年降水量500~900 mm,季節分配不均,主要集中在夏季,7—8月降水量約占全年的45%~65%。秋、冬、春三季均為水分虧缺的干旱期,小麥生長期內缺水達150~200 mm,全年水分支出大于輸入,虧缺水分約400 mm[1]。黃淮海地區冬小麥一般在上年10月份播種,當年6月份收獲,整個生育期正值降水量相對稀少時期,生育期間的降水量在125~250 mm之間,占年降水量的25%~29%,自然降水不能滿足冬小麥生長的需要,因此冬小麥旱災頻發,一般年份冬春雨雪少,由于冬春氣候干燥,積雪不多,所以春季溫度上升極快,作物生長發育較迅速,春季干旱是該區小麥生產的一大限制因子[2-4]。據研究,黃淮海地區自1961年以來,春季、冬季以及冬小麥生長季內均表現為不同程度的干旱,干旱頻率達90%以上,其中春、冬兩季最為干旱[5,6]。為解決小麥種植過程中因遭受干旱導致出苗率降低等問題,課題組進行抗旱劑的研制,并進行抗旱制劑浸種對冬小麥抗旱能力及產量影響的試驗,以期為其大面積推廣應用提供參考。 

  1 材料與方法 

  1.1 試驗材料 

  供試抗旱制劑是以提高體內保護性酶活性、消除氧自由基傷害為準則,篩選出能提高小麥體內保護性酶活性的元素,如銅、鋅、硒、鈣、硼、鉀等配以氨基酸和殼聚糖,制成符合含氨基酸水溶肥料標準的抗旱制劑3種,分別為制劑1、制劑2和制劑3,技術指標為氨基酸≥100 g/L,微量元素≥20 g/L。供試小麥品種為濟麥22。 

  1.2 試驗方法 

  1.2.1 種子處理 精選小麥種子用0.1% HgCl2消毒10 min,用清水沖洗干凈,分別用清水、0.2% 制劑1、0.2%制劑2、0.2%制劑3溶液浸種24 h后取出,種子晾干后進行脅迫處理。   1.2.2 脅迫處理 用高滲溶液法,即用-0.5 MPa的聚乙二醇-6000(PEG-6000)水溶液對種子進行模擬干旱脅迫處理。處理1:清水浸種+不脅迫;處理2:清水浸種+干旱脅迫;處理3:制劑1浸種+干旱脅迫;處理4:制劑2浸種+干旱脅迫;處理5:制劑3浸種+干旱脅迫。發芽皿為長×寬×高=10 cm×10 cm×5 cm 的塑料盒,以單層濾紙為芽床。100粒種子為一個重復,重復4次。將預處理的種子分別放入發芽皿中,各加入-0.5 MPa PEG-6000水溶液12 mL,加蓋后放入20℃恒溫箱內培養。每周隨機選取5粒進行SOD活性測定,發芽兩周后隨機選取5株測定小麥苗的形態指標。 

  1.3 測定指標及方法 

  1.3.1 SOD活性的測定 采用氯化硝基四氮唑藍(NBT)光化還原法測定[7]。 

  1.3.2 SOD同工酶電泳 采用聚丙烯酰胺凝膠電泳法[8],上樣酶量30 μL,在濃縮膠(濃度為4%)里穩流20 mA。進入分離膠(濃度為8%)后穩流40 mA,6~7 h完成電泳。同工酶電泳染色采用NBT染色法,凝膠依次經染液I(0.2%NBT溶液)在黑暗下染色20 min、染液Ⅱ[0.001%核黃素溶液+0.33%TEMED溶液+36 mmo1/L磷酸鹽緩沖液(pH 7.8)]在黑暗下染色15 min、染液Ⅲ[0.003%EDTA-Na2溶液+50 mmol/L磷酸鹽緩沖液(pH 7.8)]在光照下染色20~30 min。轉換染液期間需用去離子水沖洗凝膠,最終用95%乙醇浸泡5 min。再轉入去離子水中照相,可使SOD酶帶呈現出清晰透亮的酶譜。 

  1.3.3 根系活力的測定 采用氯化三苯基四氮唑(TTC) 法測定小麥的根系活力[7]。 

  1.3.4 幼苗形態指標的測定 取發芽兩周的麥苗進行株高、根長、發根條數、植株根、莖葉干重測定,并計算根冠比。 

  2 結果與分析 

  2.1 抗旱制劑浸種對小麥幼苗SOD活性的影響 

   由圖1看出,不同制劑浸種對干旱脅迫下小麥苗期SOD活性的影響不同。脅迫處理后,小麥幼苗中SOD活性均高于不脅迫處理,清水不脅迫處理從第一周到第七周SOD活性變化不大;清水+脅迫處理小麥幼苗SOD活性升高,第一周比不脅迫處理上升97.6%,之后SOD活性逐漸降低,到第七周時,比不脅迫處理SOD活性高6.1%,說明小麥遇到干旱時,在一定程度上會發生應激反應,但隨著脅迫時間延長,小麥生命特征逐漸衰退,SOD活性也逐漸降低。脅迫處理后第一周,制劑1、制劑2和制劑3分別比清水+脅迫處理的高11.3%、40.9%和21.9%,隨著脅迫時間延長,SOD活性逐漸降低,到第七周,則分別高12.9%、60.0%和17.9%,說明使用抗旱制劑浸種后提高了小麥對干旱的耐受程度。3個制劑處理的小麥幼苗SOD活性提高程度也不同,其中制劑2處理的SOD活性最高,比清水+脅迫處理高40.9%~60.0%,其次為制劑3處理,制劑1處理最低。因此,制劑2提高抗旱性效果最好。隨著脅迫時間的延長,各制劑處理的SOD活性比清水+脅迫處理增幅逐漸下降,至第六周明顯降低。所以,抗旱制劑持效時間為35天左右。 

  2.2 抗旱制劑浸種對小麥幼苗SOD同工酶的影響 

   為了明確脅迫處理下,抗旱制劑浸種的小麥幼苗SOD活性增強的原因,對不同脅迫處理的小麥幼苗進行了SOD同工酶電泳試驗,結果(圖2)表明,不同制劑浸種對脅迫處理下小麥幼苗SOD同工酶的影響不同,清水+脅迫處理的麥苗SOD同工酶為3條酶帶,制劑1處理后,雖然SOD活性增強,但酶帶數量沒有變化,說明SOD活性的增強是提高了現有酶的活性。而制劑2和制劑3處理后,SOD同工酶酶帶的數量由3條增加到5條,即誘導出了新的同工酶。表明經過制劑2和制劑3處理后,SOD活性增強與SOD同工酶帶的增多也有關。 

   2.3 抗旱制劑浸種對小麥幼苗根系活力的影響 

   根系活力是小麥幼苗抗旱能力強弱的重要指標之一,根系活力增強,說明小麥根系生長和吸水能力較強,抗旱能力相應增強。由圖3看出,麥苗在未受到脅迫時,根系活力為16.4 μg/(g·h),當受到脅迫后,根系活力增加2.4%,增幅不大,說明遇到干旱時,小麥根系活力在一定程度上會增強。經三種抗旱制劑浸種處理后,在受到干旱脅迫時,小麥根系活力均明顯增高,與清水+脅迫處理相比,制劑1+脅迫處理根系活力增加3.6%,而制劑2和制劑3處理的根系活力分別提高10.7%和8.3%,增強效果明顯。其中制劑2處理的麥苗根系活力最高,比制劑1處理提高6.9%,比制劑3處理提高2.2%。說明制劑2更有利于提高干旱脅迫下小麥的根系活力。 

  2.4 抗旱制劑浸種對小麥幼苗形態指標的影響 

   由表1看出,清水+脅迫處理明顯抑制了麥苗根長、發根數和株高,根冠比也較低。株高、根長、發根數、根干重和莖葉干重分別比不脅迫處理降低30.8%、35.4%、50.0%、31.7%和27.0%。用抗旱制劑浸種后脅迫處理,株高與不脅迫相比略有降低,但差異不大,其中制劑2處理僅降低2.9%;根長和根干重都有不同程度的增加,其中制劑2和制劑3處理根長比清水+脅迫處理提高1.0倍和69.8%,根干重提高1.5倍和85.7%,說明抗旱制劑對根系的生長有促進作用,從而提高了麥苗的抗旱能力;與清水+脅迫處理相比,三種制劑浸種后脅迫處理的發根數明顯增加,制劑1和制劑3浸種后脅迫處理的發根數均提高1.0倍,而制劑2處理提高1.3倍;莖葉干重和根冠比也有不同程度的提高,其中制劑2處理的莖葉干重最大,比清水+脅迫處理增加70.4%,根冠比增加48.1%。說明制劑2對于緩解麥苗干旱脅迫效果較理想。 

   3 討論與結論 

   植物在逆境脅迫下,通常會產生高度反應性的氧自由基,引起生物膜的過氧化損傷,導致膜通透性增加,膜功能受損。相應的,植物體內也有一套復雜的活性氧清除系統來保護植物細胞免受活性氧的損傷。其中SOD是植物體內酶促防御系統的重要保護酶,它能催化體內的歧化反應,從而使需氧生物免受毒害[9]。本試驗結果表明,用抗旱制劑浸種處理的小麥苗在受到干旱脅迫時,其SOD活性、SOD同工酶都有良好的表現。從出苗第一周開始,三種制劑浸種后脅迫處理SOD活性均比清水+脅迫處理高,其中制劑2處理比清水+脅迫處理高40.9%~60.0%,SOD活性提高的原因可能是誘導出了新的同工酶,活性維持時間為35天。    植物根系是活躍的吸收器官和合成器官,根的生長情況和代謝水平即根系活力直接影響植物地上部的生長、營養狀況、抗性以及產量,是植物生長的重要生理指標之一[10]。本試驗結果表明,抗旱制劑浸種后脅迫處理,小麥根系活力會明顯增強,制劑2和制劑3處理的根系活力分別比清水+脅迫處理提高10.7%和8.3%;對麥苗株高影響較小,其中制劑2處理僅比不脅迫處理降低26%;根長和根干重都有不同程度的提高,其中制劑2和制劑3處理根長比清水+脅迫處理提高1.0倍和69.8%,根干重提高1.5倍和85.7%,發根數提高1.3倍和1.0倍,莖葉干重和根冠比也有不同程度的提高,其中制劑2處理的莖葉干重最大,比清水+脅迫處理增加70.4%,根冠比增加48.1%。綜上結果表明制劑2是緩解麥苗干旱脅迫效果較理想的制劑。 

  參 考 文 獻: 

  [1] 鄧振鏞, 張強, 尹憲志,等. 干旱災害對干旱氣候變化的響應[J].冰川凍土, 2007, 29(1): 114-118. 

  [2] 李森, 呂厚荃, 張艷紅,等. 黃淮海地區1961—2006年干濕狀況時空變化[J].氣象科技, 2008, 36(5): 601-605. 

  [3] 王志偉, 翟盤茂. 中國北方近50年干旱變化特征[J].地理學報, 2003, 58(增刊): 61-68. 

  [4] 榮艷淑, 薛文亮. 華北地區近50年氣候變化的再分析[C] // 第五屆長三角氣象科技論壇. 上海, 2008: 646-650. 

  [5] 遲竹萍. 近45年山東夏季降水時空分布及變化趨勢分析[J]. 高原氣象,2009, 28(1): 220-226. 

  [6] 溫克剛, 王建國, 孫典卿. 中國氣象災害大典·山東卷[M]. 北京: 氣象出版社, 2006. 

  [7] 鄒琦, 李合生. 植物生理學實驗指導[M]. 北京: 中國農業出版社,2000. 

  [8] 張慶琛,曹靜,裴冬麗,等.PEG脅迫對番茄幼苗葉片SOD同工酶的影響[J].湖北農業科學,2013,52(8):1833-1835. 

  [9] 劉皓.干旱脅迫下杠柳種子萌發期保護酶活性及丙二醛含量變化[J].農產品加工,2014(8):53-56. 

  [10] 王忠.植物生理學[M].北京:中國農業出版社,2000.